CN102554928B - 振动加速度传感器弹压机械手控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种振动加速度传感器弹压机械手控制装置，包括，振动加速度传感器，传感器支架，导向架，支承架，双速气缸，生产线供气装置，继电器模块，工控机，控制按钮；所述传感器支架通过螺栓与振动加速度传感器固接；所述导向架与传感器支架固接；所述支承架一端与变速器综合试验台固接，另一端通过导向架与传感器支架、双速气缸连接；所述双速气缸与传感器支架连接，所述继电器模块与双速气缸连接，所述工控机与继电器模块连接，所述工控机与数据采集卡连接，所述控制按钮与继电器模块连接，控制双速气缸的装夹、停止和卸夹。本发明的优点是能够保证采集数据精度，控制方式简便，易于维护和保养，本发明使用硅橡胶球的隔振措施。

Description

振动加速度传感器弹压机械手控制方法

技术领域

本发明涉及振动加速度传感器数据采集一致性和测点定位技术，具体是一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法及装置。 

背景技术

振动加速度传感器用于测试物体的振动信号，用于振动分析，其广泛应用于航空航天、铁路、桥梁、建筑、车船、机械、水利、电力、石油、地质、环保、地震等领域。 

振动加速度传感器在安装过程中，传感器与被测试件的表面要清洁、平滑。为了保证测量振动数据的精准和真实反映被测试件的实际振动情况，一般要求传感器与结构的连接必须十分可靠。 

一般振动传感器的安装方式包括：螺钉安装、磁力安装座连接和胶粘剂粘接等方式。但是，上述安装方法在使用同一振动传感器连续测试相同的被测试件时，无论是安装时间还是安装位置都存在一定的困难。上述情况在一种典型的应用实例，如汽车变速器装配生产线中，需要使用振动加速度传感器测量变速器振动信号，以进一步进行振动分析和故障判别。装配生产线在连续装配生产汽车变速器过程中，需要在综合性能检测试验台上，连续使用同一振动加速度传感器测量流水线上新装配的变速器新产品，因此有必要设计一种机械手装置，用于每次当流水线上装配完毕的变速器到达检测试验台时，能够将振动传感器可靠地弹压在变速器壳体上，有效测量真实的变速器振动信号，并保证连续多次测试结果的一致性。 

目前，国内还没有这方面的专利及应用案例。而国外一些发达国家已经有了一些应用，如德国DISCOM公司、韩国SignalLink公司的类似产品。但是，尚未检索到这方面的国内和国际专利申请。同时这些实际应用其技术内容和控制方法都无相关文献可查，其技术内幕为黑匣子。 

因此，有必要研制与开发振动加速度传感器弹压机械手及控制装置，研究相应的控制方法与系统，并申请相关的专利，保护自主知识产权。 

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种集成度高、装置扩展性强、能实现振动传感器快速装夹、慢速弹压，保证振动传感器连续采集同一位置数据一致性和采集精度等功能的一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法及装置。 

本发明采用的技术方案是：一种振动加速度传感器弹压机械手控制装置，包括： 

振动加速度传感器，传感器支架，导向架，支承架，双速气缸，生产线供气装置，继电器模块，工控机，控制按钮；所述传感器支架通过螺栓与振动加速度传感器固接；所述导向架与传感器支架固接；所述支承架一端与变速器综合试验台固接，另一端通过导向架与传感器支架、双速气缸连接；所述双速气缸与传感器支架连接，用于控制和调节机械手的高速和低速往复运动；所述双速气缸通过24V电源供电；所述生产线供气装置，用于提供双速气缸动力气源；所述继电器模块与双速气缸连接，通过控制双速气缸电磁阀、磁开关，实现双速气缸的控制；所述工控机与继电器模块连接，并通过继电器模块控制双速气缸的动作；所述工控机与数据采集卡连接，采集振动信号；所述控制按钮与继电器模块连接，控制双速气缸的装夹、停止和卸夹。于所述传感器支架与振动加速度传感器之间设置有具有吸振功能的硅胶球。采用双速气缸实现传感器支架的初始快速伸出、后期慢速弹压至被测点。采用24V电源为双速气缸电磁阀、磁开关供电。 

振动加速度传感器弹压机械手的控制方法， 

包括如下步骤： 

第一步，采用工控机控制继电器模块，实现对双速气缸的I/O控制； 

第二步，采用继电器模块控制双速气缸的电磁阀、磁开关，对双速气缸的运动动作进行控制和调节； 

第三步，采用双速气缸将振动传感器的快速运动和慢速弹压到被测试体表面。 

还包括如下步骤：采用磁感开关实现双速气缸行程的位置信号的检测。 

还包括如下步骤：采用三通电磁阀实现双速气缸高低速切换的控制。 

还包括如下步骤：采用五通电磁阀实现双速气缸运动换向的控制。 

还包括如下步骤：采用项目手阀实现双速气缸的停止动作。 

还包括步骤：采用继电器模块实现对机械手的装夹和卸夹动作的控制。 

本发明的优点： 

1、能够保证采集数据一致性和采集精度。针对某一新型变速器产品，通过初始自学习后，可以固定双速气缸行程大小，能有效地保证每次弹压位置和弹压强度的一致性，从而保证数据采集精度的一致性、可靠性和真实性。 

2、成本低。本试验台采用双速气缸实现振动传感器的快速动作和慢速弹压至被测试件表面，合理利用生产线线体上的工业气源，相对于步进电机、PLC控制系统方式，整体上造价较低。 

3、控制方式简便。本试验台不是采用价格较高的PLC控制系统，而是采用性价比较高的继电器模块控制方式，能够有效利用用于振动分析的工控机设备，节省设备投资。采用工控机软件编程实现继电器模块对双速气缸的动作控制，程序易于维护和修改。 

4、易于维护和保养。采用传感器支架、导向架等进行模块化连接，可方便更换损坏部件，设备选型中使用市场上较易于购买的产品，整体易于维 修和维护。同时方便于传感器支架的更换和调节。 

5、本发明的隔振措施，使用硅橡胶球、减震垫等实现传感器与变速器等被测试体的隔离。 

附图说明

图1为本发明的振动加速度传感器弹压机械手装置结构框图； 

图2为本发明的振动加速度传感器弹压机械手装置结构示意图； 

图3为本发明的振动传感器支架结构示意图； 

图4为本发明的双速气缸气动原理示意图； 

图5为本发明的继电器模块电气控制原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

如图1、2所示，一种振动加速度传感器弹压机械手控制装置，包括，振动加速度传感器6，传感器支架4，导向架，支承架2，双速气缸3，生产线供气装置，继电器模块，工控机，控制按钮；所述传感器支架4通过螺栓与振动加速度传感器6固接；所述导向架与传感器支架4固接；所述支承架2一端与变速器综合试验台1固接，另一端通过导向架与传感器支架4、双速气缸3连接；所述双速气缸3与传感器支架4连接，用于控制和调节机械手的高速和低速往复运动；所述双速气缸3通过24V电源供电，用于提供双速气缸3的电磁阀、磁开关供电；所述生产线供气装置，用于提供双速气缸3动力气源；所述继电器模块与双速气缸3连接，通过控制双速气缸3电磁阀、磁开关，实现双速气缸3的控制；所述工控机与继电器模块连接，并通过继电器模块控制双速气缸3的动作；所述工控机与数据采集卡连接，采集振动信号；所述控制按钮与继电器模块连接，控制双速气缸3的装夹、停止和卸夹。于所述传感器支架4与振动加速度传感器6之间设置有具有吸振功能的硅胶球，使得传感器共振频率很小与被测体振动互不干扰。采用双速气缸3实现传感器支架4的初始快速伸出、后期慢速弹压至被测点。采用24V电源为双速气缸3电磁阀、磁开关供电。 

振动加速度传感器弹压机械手的控制方法， 

包括如下步骤： 

第一步，采用工控机控制继电器模块，实现对双速气缸的I/O控制； 

第二步，采用继电器模块控制双速气缸的电磁阀、磁开关，对双速气缸的运动动作进行控制和调节； 

第三步，采用双速气缸将振动传感器的快速运动和慢速弹压到被测试体表面。 

还包括如下步骤：采用磁感开关实现双速气缸行程的位置信号的检测。 

还包括如下步骤：采用三通电磁阀实现双速气缸高低速切换的控制。 

还包括如下步骤：采用五通电磁阀实现双速气缸运动换向的控制。 

还包括如下步骤：采用项目手阀实现双速气缸的停止动作。 

还包括步骤：采用继电器模块实现对机械手的装夹和卸夹动作的控制。 

如图2、3、4、5所示，振动加速度传感器6弹压机械手控制装置中设备选型的理论计算依据如下： 

(1)双速气缸3的选择：振动传感器机械手一方面要满足工业生产现场快速装夹、卸载振动传感器的要求，另一方面由于振动加速度传感器6属于精密昂贵器件，过度的冲击将降低传感器使用寿命或造成传感器损坏，因此设计的传感器机械手应该具有装夹初期快速推进，后期慢速接触被测试件表面的功能，故应选择双速气缸3。 

双速气缸3选择了SMC公司生产的带气缓冲的CQM薄型气缸，动作方式：单杆双作用，缸径：70mm，最高使用压力：1.0MPa，最低使用压力：0.1MPa，环境及流体温度：带磁性开关-10～+60℃，缓冲：两测垫缓冲，行程长度允差： 

，使用活塞速度：50～300mm/s。 

(2)控制模块的选择：双速气缸3的动作控制可以考虑使用PLC、继电器模块等方法，根据机械手的动作复杂程度和实际控制点情况，选择使用性价比较高的继电器模块控制方法。 

双速气缸3具有6个控制点，因此选择6路DI/6路继电器模块，型号为研华ADAM-6060，具体参数为： 

光隔离：2000VRMS 

提供缺省和定制的网页 

10/100Mbps通信速率 

I/O类型：6路继电器/6路DI。 

研华ADAM-6060继电器模块的产品特点为：ADAM-6060带有6路隔离数字量输入和6路隔离继电器通道。数字量输入通道接受10～30VDC的输入，。ADAM-6060继电器模块可以进行远程控制，并将配置数据保存在EEPROM中。该模块提供6个24VAC输出的A型继电器通道。它非常适合开关控制或低压开关控制。 

(3)振动加速度传感器6的选择： 

加速度传感器有压电式电荷加速度计、内置电路压电式加速度计等多种类型。压电式电荷加速度计应用天然晶体和压电陶瓷材料制造敏感元件，具有良好的性能，其独创的隔离剪切式设计大大地减小了周围环境对于加速度计性能的影响，具有长时间的稳定性，并且可在大温度范围内使用。但其初始的输出量为电荷量，需要配合电荷放大器使用，成本相对较高。但工业现场环境复杂，存在各种干扰，内置电路压电式加速度计在长期使用中可能会出现漂移现象，影响测试性能。因此从性能上考虑，仍选用成本较高的“压电式电荷加速度计”与“电荷放大器”方案。 

选择B&K 4393压电式电荷加速度计，精度达到3.1pC/g，最高采集频 率达到16.SKHz。 

(4)支承架2： 

支承架2用于支承气缸和传感器支架4。 

(5)传感器支架4设计： 

在测试中，B&K 4393压电式电荷加速度计被安装于以硅胶球上，端部接触变速箱壳体振动。由于自身质量小，相对大的接触面积及硅胶球的吸振功能，使得其共振频率很小与箱体振动互不干扰。 

(6)数据采集卡的选择：振动信号的采集卡需要满足三个条件，适合的采样频率和精度，具备一定的信号调理能力和同步定时的功能。模拟信号的采样频率由最高转速和分析的最高阶次两个参数决定。对于声音和振动信号采集，采样率根据以下公式得出：采样率＝2.56×最高计算阶次×最高转速(RPM)/60。 

内置电路式加速度传感器需要直流供电和抗混叠滤波器两种信号调理功能。阶次分析需要同步采集振动信号与转速时标信号。 

基于这三个标准，选择了NI公司产品PCI-4474动态信号采集卡和NI公司的PCI-6601计数器。 

(7)气缸气动控制符号说明和继电器模块的输入输出地址分配表 

表1-气缸气动控制符号说明表： 

表2-继电器模块的输入输出地址分配表： 

其中选择磁感开关用于检测和控制气缸的动作行程，通过检测运行过程之中活塞上面的磁环，发送电信号给电磁阀，以确定电磁阀工作的通断。 

调速阀提供准确而精密的调速功能。 

继电器模块ADAM6060通过RJ45连接器实现与工控机的网络通讯。 

Claims (6)

1.一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法，其特征在于：

包括如下步骤：

第一步，采用工控机控制继电器模块，实现对双速气缸的I/O控制；

第二步，采用继电器模块控制双速气缸的电磁阀、磁开关，对双速气缸的运动动作进行控制和调节；

第三步，采用双速气缸将振动传感器快速运动和慢速弹压到被测试体表面；

所述振动加速度传感器弹压机械手的控制装置包括：振动加速度传感器，传感器支架，导向架，支承架，双速气缸，生产线供气装置，继电器模块，工控机，控制按钮；

所述传感器支架通过螺栓与振动加速度传感器固接；

所述导向架与传感器支架固接；

所述支承架一端与变速器综合试验台固接，另一端通过导向架与传感器支架、双速气缸连接；

所述双速气缸与传感器支架连接，用于控制和调节机械手的高速和低速往复运动；

所述双速气缸通过24V电源供电；

所述生产线供气装置，用于提供双速气缸动力气源；

所述继电器模块与双速气缸连接，通过控制双速气缸电磁阀、磁开关，实现双速气缸的控制；

所述工控机与继电器模块连接，并通过继电器模块控制双速气缸的动作；所述工控机与数据采集卡连接，采集振动信号；

所述控制按钮与继电器模块连接，控制双速气缸的装夹、停止和卸夹。

2.按权利要求1所述的一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法，其特征在于：还包括如下步骤：采用磁感开关实现双速气缸行程的位置信号的检测。

3.按权利要求1所述的一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法，其特征在于：还包括如下步骤：采用三通电磁阀实现双速气缸高低速切换的控制。

4.按权利要求1所述的一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法，其特征在于：还包括如下步骤：采用五通电磁阀实现双速气缸运动换向的控制。

5.按权利要求1所述的一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法，其特征在于：还包括如下步骤：采用项目手阀实现双速气缸的停止动作。

6.按权利要求1所述的一种振动加速度传感器弹压机械手控制方法，其特征在于：还包括步骤：采用继电器模块实现对机械手的装夹和卸夹动作的控制。

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